SE529394C2 - Elektrisk drivenhet med positioneringsaggregat, vilket trycker komponenter mot en kylare - Google Patents

Description

* 529 594 En känd metod för kylning av transistorer är att placera tran- sistorerna mellan PCB och kylaren och med en fjäder som utövar ett tryck på den motsatta sidan av PCB för att klämma transis- torn mot kylaren, valfritt med en elektrisk isolation mellan transistorerna och kylaren. PCB har ibland skurits mellan kom- ponenterna för att göra den mer flexibel och tillsäkra ett gott individuellt tryck för varje komponent. Ett problem med denna lösning är att den upptar en stor del av PCB-området på båda sidor därav, eftersom. både transistorerna och fjädern trycker mot PCB.

Ett annat känt sätt att kyla transistorer är att använda en effektmodul, en komponent bestående av ett antal kiselför- bundna transistorer. Dessa effektmoduler har en yta som. är värmeledande och redan elektriskt isolerande. De kommer ofta i två delar där en placeras mellan PCB och kylaren och på andra sidan av PCB finns ett lock placerat som tillhandahåller ett tryck mot kylaren med hjälp av en eller flera skruvar. Ett problem med sådana effektmoduler är att de är dyra och alloke- rar ett stort PCB-område.

Ett tredje känt sätt att kyla transistorer är att använda yt- monterade effekttransistorer på en ytterligare special-PCB uppbyggd med ett tjockt aluminiumskikt på botten, som är en ganska dyr lösning. Transistorerna löds sedan så att den gene- rerade värmen enkelt flödar ned genom kortet till en kylare.

Det faktum att man behöver tvâ kort. med effektanslutningar mellan dem ökar produktionskostnaderna och gör kvaliteten mer svår att styra. 529 394 Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla effektiv kylning av en elektrisk drivenhet, effektivt utnytt- jande tillgängligt område av ett PCB.

Detta syfte, bland andra, erhålls genom en elektrisk drivenhet enligt de medföljande kraven.

Genom att tillhandahålla tryck från en sida av PCB genom ett hål i PCB mot komponenter monterade på den andra sidan av PCB erhålls effektiv kylning av komponenterna, samtidigt som ef- fektivt utnyttjande av tillgängligt område på PCB utnyttjas.

Ytterligare egenskaper och fördelar med föreliggande uppfin- ning kommer att vara uppenbara från den följande beskriv- ningen.

Kort beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer att förstås mer fullständigt från den detaljerade beskrivningen av utföringsformer given nedan och de nædföljande figurerna, som endast ges för illu- stration, och således inte är begränsande för föreliggande uppfinning, vari: fig. l visar en sidovy av en elektrisk drivenhet enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning; fig. 2 visar en sprängskissperspektivvy av den elektriska dri- venheten visad i fig. l; fig. 3 visar en toppvy av den elektriska drivenheten visad i fig. 1, fig. 4 visar ett snitt längs linjen A-A i fig. 3, 529 394 fig. 5 visar en uppförstorad del B av fig. 4, fig. 6 visar en sprängperspektivvy från undersidan av en elek- trisk drivenhet enlig en andra utföringsform av föreliggande uppfinning, och fig. 7 visar en perspektivvy av en alternativ positionerings- enhet.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer I den följande beskrivningen, för förklarande syfte och inte begränsande syfte, anges specifika detaljer, såsom särskilda tekniker och tillämpningar för att tillhandahålla en grundlig förståelse av föreliggande uppfinning. Det är emellertid up- penbart för en fackman inom området att föreliggande uppfin- ning kan tillämpas i. andra utföringsformer som avviker från dessa specifika, detaljer. I andra fall utelämnas detaljerad beskrivning av 'välkända metoder och apparater för att inte fördunkla beskrivningen av föreliggande uppfinning med onödiga detaljer.

En första utföringsform av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med referens till figurerna 1-5.

En elektrisk drivenhet innefattar ett kretskort (PCB) 1, ett flertal komponenter 2 som behöver effektiv kylning, såsom ef- fekthalvledare, exempelvis effekttransistorer och effekt- dioder, fästa till en första sida av PCB 1, och en kylare 3, 4 anordnad på den första sidan av PCB 1. Den elektriska driven- heten innefattar ytterligare ett positioneringsaggregat 5, 6, 7 anordnat på en andra sida av PCB 1, vilken andra sida är motsatt den första sidan av PCB 1. Den elektriska drivenheten inkluderar företrädesvis också. en kåpa (ej illustrerad) som täcker PCB 1 och dess flertal komponenter 2 och positionering- 529 394 saggregatet 5, 6, 7 från omgivningen. Positioneringsaggregatet 5, 6, 7, PCB 1 och kylaren 3, 4 kläms företrädesvis ihop, ex- empelvis genom skruvar 13.

Kylaren 3, 4 illustreras med en huvuddel 3 och en upphöjning 4, men kylaren 3, 4 kan ha varje önskad form, vilken form många gånger är speciellt konstruerad för varje specifik till- lämpning.

Positioneringsaggregatet 5, 6, 7 innefattar företrädesvis en stel del 5, en fjädrande del 6 och en dielektrisk distans 7 hoplagda tillsammans, varvid den dielektriska distansen 7 in- kluderar ett flertal utsprång 9. Positioneringsaggregatet 5, 6, 7 kläms företrädesvis tillsammans med skruvar 13, som också används för att klämma positioneringsaggregatet 5, 6, 7 till kylaren 3, 4. Genom att tillhandahålla den fjädrande delen 6 mellan den stela delen 5 och den dielektriska distansen 7 trycker vart och ett av flertalet utsprång 9 individuellt kom- ponenter mot kylaren 3, 4. Den stela delen 5 är företrädesvis tillverkad av exempelvis metall. Den fjädrande delen 6 är fö- reträdesvis tillverkad av exempelvis gummi vilket illustreras i figur 2, men kan alternativt utgöras av ett flertal fjädrar.

Ett exempel på en fjädrande del 6" tillverkad av en stålfjä- der illustreras i figur 7, vilken stålfjäder har ett individu- ellt finger för vart och ett av flertalet utsprång. Den di- elektriska distansen 7 är företrädesvis tillverkad av exempel- vis plast och är dielektrisk för att tillåta vidfästning av andra komponenter på den andra sidan av PCB 1 nära hålen 8, varigenom utsprången 9 är positionerade. Den dielektriska di- stansen '7 är företrädesvis också delvis på avstånd från den andra sidan av PCB l för att ge utrymme för andra komponenter fästa på den andra sidan av PCB 1, nära hålen 8. Den dielekt- riska distansen 7 tillgodoser således effektivt utnyttjande av PCB-området. 529 394 PCB 1 innefattar ett flertal hål 8 mellan de första och andra sidorna därav. Positioneringsaggregatet 5, 6, 7 innefattar flertalet utsprång 9 anordnade genom hålen 8 och stöttar mot flertalet komponenter 2. Pâ detta sätt trycks varje komponent 2 av flertalet komponenter 2 individuellt mot kylaren 3, 4 ge- nom ett respektive utsprång 9, för att tillhandahålla effektiv kylning av var och en av flertalet komponenter 2. Då utsprång- en 9 trycker genom hålen 8 i PCB 1 tillgodoser detta effektivt utnyttjande av PCB-området.

Flertalet komponenter 2 illustreras med böjda ben 2a för att positionera varje komponent väsentligen parallellt med PCB 1 och vid ett förutbestämt avstånd därifrån. Var och en av fler- talet komponenter 2 har företrädesvis en väsentligen plan kyl- yta och ben 2a böjda 90°. Komponenterna kan emellertid posi- tioneras på varje önskvärt sätt, såsom väsentligen vinkelrätt mot PCB 1 eller vinklade någonstans däremellan, men det illu- strerade sättet tillåter komponenterna att ha en väldefinierad position mellan PCB 1 och kylaren 3, 4 trots att den har vari- erande tjocklek till följd av tillverkningstoleranser. En yt- terligare fördel med att ha komponenterna 2 fästa till PCB 1 med ben böjda är att komponenterna sticker ut mindre högt jäm- fört med komponenter fästa med raka eller vinklade ben, och det är på detta sätt möjligt att våglöda andra komponenter fästa till PCB 1 om komponenterna 2 exempelvis täcks med ett skyddande plastskydd under våglödning. Om benen hos komponen- terna är böjda måste kraften hos trycket mot varje komponent vara större än reaktionskraften hos komponenten till följd av de böjda benen. Om emellertid det skyddande plastskyddet eller liknande fixtur användes som lödfixtur och komponenterna 2 trycks mot lödfixturen, när lödning av komponenterna 2 utförs, behövs ingen ytterligare kraft för att trycka mot kylaren 3. 529 394 PCB l kan exempelvis tillhandahållas med ett separat hål 8 åt- minstone delvis i linje med en respektive komponent 2 av fler- talet komponenter 2. I detta fall tillhandahåller posi- tioneringsaggregatet ett separat utsprång 9 för varje separat hål 8. Det är alltså möjligt att tillhandahålla ett hål 8 åt- minstone delvis i linje med två eller flera av komponenterna 2, men ju större varje hål 8 är, desto mindre område är till- gängligt för ledande remsor eller andra komponenter att fästas till de första och andra sidorna av PCB. Ett utsprång 9 är emellertid företrädesvis använt för varje komponent 2 för att erhålla individuell tryckning av komponenterna 2 nwt kylaren 3, 4. Designen av utsprången kan ta många former, som exempel- vis kan göra ett utsprång att trycka mot flera komponenter, men det som är viktigt är att trycket av komponenterna mot ky- laren är individuell. Det skulle också vara möjligt att ha ett enda utsprång som trycker mot fler än en komponent, såsom två komponenter 45 grader lutande från PCB 1, men detta skulle inte tillhandahålla samma pålitlighet av kylning för var och en av flertalet komponenter 2.

Den dielektriska distansen 7 innefattar företrädesvis ett flertal utsprång ll, positionerade motsatt flertalet utsprång 9 för att ytterligare förbättra det individuella trycket av flertalet komponenter 2. Den dielektriska distansen 7 innefat- tar företrädesvis också ett flertal hål 12 mellan åtminstone några av utsprången 9 för att ytterligare förbättra det indi- viduella trycket av flertalet komponenter 2. Flertalet ut- språng 9 kan alternativt bestå av fullständigt separata ut- språng 9.

Den elektriska drivenheten innefattar företrädesvis en elek- trisk isolation 10, som också är termiskt ledande, såsom ett keramiskt substrat 10 av exempelvis aluminiumoxid mellan fler- talet komponenter 2 och kylaren 3, 4. Varje komponent 2 har Å 529m 394 alternativt ett elektriskt isolerande stompaket mot kylaren 3, 4. Hög prestanda effekthalvledare är emellertid vanligtvis konstruerade utan någon elektriskt isolerande kåpa för att tillhandahålla bäst möjliga kylkapacitet.

För att ytterligare öka den. termiska. konduktiviteten. mellan flertalet komponenter 2 och kylaren 3, 4 kan termiskt fett an- vändas mellan kylaren 3, 4 och det keramiska substratet 10, såväl son: mellan det keramiska substratet 10 och flertalet komponenter 2.

En andra utföringsfornx av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till figur 6. Denna andra utfö- ringsform av föreliggande uppfinning är identisk med den för- sta utföringsformen beskriven ovan förutom det följande.

Den elektriska drivenheten har hälften så många komponenter 2 jämfört med den första utföringsform beskriven ovan. Den enda delen av den elektriska drivenhet som behöver anpassas till följd av detta, med avseende på kylning av komponenterna 2, är den andra ledande delen 6', som i detta fall har utskurna de- lar över de oanvända komponentpositionerna.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning kan varieras på ett flertal olika sätt. Sådana variationer skall inte avses som avsteg från omfånget av följande uppfinning. Alla sådana variationer som skulle vara uppenbara för en fackman inom om- rådet avses vara inkluderade inom omfånget av föreliggande uppfinning.

Claims (14)

529 394 9 Patentkrav

1. l. Elektrisk drivenhet innefattande - ett kretskort (1), - ett flertal komponenter (2), fästa till en första sida av nämnda kretskort (1), - en kylare (3, 4) anordnad på nämnda första sida av nämn- da kretskort (1), - ett positioneringsaggregat (5, 6, 7) anordnad på en and- ra sida av nämnda kretskort (1) nwtsatt nämnda första sida av nämnda kretskort (1), kännetecknad av att nämnda kretskort (1) innefattar ett fler- tal hål (8) mellan nämnda första och andra sidor, varigenom nämnda positioneringsaggregat (5, 6, 7) har ett flertal ut- språng (9) anordnade :not nämnda flertal komponenter' (2), så att varje komponent (2) av nämnda flertal komponenter (2) in- dividuellt trycks mot nämnda kylare (3, 4) genom nämnda posi- tioneringsaggregat (5, 6, 7).

2. Elektrisk drivenhet enligt krav 1, innefattande ett ke- ramiskt substrat (10) eller motsvarande organ, anordnad mellan nämnda kylare (3, 4) och nämnda flertal komponenter (2) för att elektriskt isolera nämnda flertal komponenter (2) från nämnda kylare (3, 4) och för att termiskt ansluta nämnda fler- tal komponenter (2) till nämnda kylare (3, 4).

3. Elektrisk drivenhet enligt krav 1 eller 2, varvid nämn- da kretskort (1) innefattar ett separat hål (8) för varje kom- ponent av nämnda flertal komponenter (2) och nämnda positio- neringsaggregat (5, 6, 7) har ett utsprång (9) anordnat i vart '529 394 10 och ett av nämnda separata hål (8), varvid varje hål (8) är åtminstone delvis i linje med en respektive komponent (2).

4. Elektrisk drivenhet enligt krav 2, innefattande ter- miskt fett, eller motsvarande organ, anordnat mellan nämnda flertal komponenter (2) och nämnda keramiska substrat (10) och mellan nämnda keramiska substrat (10) och nämnda kylare (3, 4).

5. Elektrisk drivenhet enligt något av kraven 1-4, varvid nämnda utsprång (9) är dielektriskt, företrädesvis tillverkat av plast.

6. Elektrisk drivenhet enligt krav 5, varvid nämnda posi- tioneringsaggregat (5, 6, 7) är delvis på avstånd från nämnda andra sida av nämnda kretskort (1).

7. Elektrisk drivenhet enligt något av kraven 1-6, varvid nämnda positioneringsaggregat (5, 6, 7) innefattar en stel del (5), en fjädrande del (6) och en dielektrisk distans (7) sam- manlagda, varvid nämnda dielektriska distans (7) inkluderar nämnda flertal utsprång (9).

8. Elektrisk. drivenhet enligt krav 7, varvid nämnda di- elektriska distans (7) innefattar ett utsprång (ll) posi- tionerat motsatt varje utsprång (9) hos nämnda flertal ut- språng (9).

9. Elektrisk drivenhet enligt krav 7 eller 8, varvid nämn- da fjädrande del (6) är tillverkad av en stålfjäder (6") med individuella fingrar för nämnda flertal utsprång (9).

10. Elektrisk drivenhet enligt något av kraven 1-9, varvid var och en av nämnda flertal komponenter (2) har en plan kyl- yta och är positionerad väsentligen parallellt med nämnda kretskort (1) vid ett förutbestämt avstånd därifrån. 529 394 11

11. Elektrisk drivenhet enligt krav 10, varvid var och en av nämnda komponenter (2) trycks mot nämnda kylare (3, 4) med en kraft som är större än komponenternas reaktionskraft till följd av att de positioneras väsentligen parallellt med nämnda kretskort (1).

12. Elektrisk drivenhet enligt något av kraven 1-11, varvid nämnda flertal komponenter (2) är ett flertal effekthalvledare (2)-

13. Elektrisk drivenhet enligt något av kraven 7-9, varvid nämnda dielektriska distans (7) innefattar skåror (12) för att förbättra nämnda individuella tryckning av nämnda flertal kom- ponenter (2) mot nämnda kylare (3, 4).

14. Elektrisk drivenhet enligt något av kraven 1-12, varvid varje utsprång (9) hos nämnda flertal utsprång (9) trycker mot en enda komponent (2) av nämnda flertal komponenter (2).